Aula 02 Fontes de energia primária, cadeia energética e hidrelétrica, eólica, nuclear e biomassa

Transcrição

1 BIJ-0207 Bases Conceituais da Energia Aula 02 Fontes de energia primária, cadeia energética e hidrelétrica, eólica, nuclear e biomassa Prof. João Moreira CECS - Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas Universidade Federal do ABC UFABC

2 Principais tópicos Fontes de energia primária Centros de transformação energética Setor energético e cadeia energética Potencial de energia primária Hidrelétrica, eólica, urânio e biomassa

3 Principais fontes de energia disponíveis para a sociedade

4 A centralidade do Sol O Sol é a fonte de energia mais importante para o planeta Terra O Sol provê o aquecimento diário e os ciclos de noite-dia, meses e anos Ela é considerada uma fonte renovável simplesmente porque, na escala de vida do homem, não se espera que o Sol seja extinto Fontes não renováveis fósseis também tem origem no Sol Por exemplo, o petróleo que se origina da decomposição de matéria orgânica de milhões de anos atrás tem sua origem da energia do Sol. A matéria orgânica foi formada por meio da fotossíntese, ou fótons solares.

5 Energia primária, energia de uso final e eficiência energética Energia primária: energia disponível para a sociedade na sua forma natural como encontrada na natureza Energia de uso final: energia na forma apropriada para o uso pela sociedade

6 Setor energético Energia primária, secundária e de uso final Centros de transformação

7 Energia primária e centros de transformação Petróleo, gás natural, carvão mineral, energia, hidráulica, lenha, resíduos vegetais e animais, energia solar, energia eólica, minério de urânio, etc Centro de transformação: sistema industrial no qual entra energia primária e se fornece energia secundária (uma ou mais formas); ocorrem perdas no processo Refinarias de petróleo, Plantas de gás natural, Usinas nucleares, Centrais hidroelétricas, Energia secundária: energia provida pelos centros de transformação Carvoarias e destilarias, etc.

8 Energia útil Energia útil é a energia disponível ao consumidor depois da última conversão feita nos seus próprios equipamentos; É a energia fornecida aos equipamentos, diminuída das perdas na conversão Processos típicos que requerem energia útil Força Motriz Calor de Processo, aquecimento direto Refrigeração Iluminação Eletroquímica

9 Perdas Ocorrem perdas nos processos de transformação e também nos processos de distribuição e armazenagem Perdas em distribuição e armazenagem em: gasodutos oleodutos linhas de transmissão elétrica redes de distribuição elétrica caminhões e trens, etc.

10 Programas de eficiência energética Com base nos rendimentos dos processos de transformação estima-se a energia útil A identificação desta energia útil permite identificar: quais setores econômicos são energeticamente menos eficientes quais as formas de energia são utilizadas com maior eficiência nos vários processos possíveis programas de substituição e de conservação de energia

11 Cadeia energética Cadeia energética com: fontes de energia primária, centros de transformação, energia secundária consumidores finais

12 Oferta de energia primária no Brasil em 2006 e 2007 (em 1000 tep)

13 Oferta interna de energia no Brasil em 2007 (epe)

14 Consumo de eletricidade no Brasil em Fonte: epe

15 Potencial de energia primária

16 Potencial hidrelétrico do Brasil Condições privilegiadas para elevado potencial para geração hidrelétrica Pequenas montanhas e plateaus (100 a 1000 m) favorecem formação de rios e quedas Chuvas abundantes (exceto no NE) Grandes vazões dos rios Grande impacto ambiental e social Necessidade de barragens Grandes hidrelétricas disponíveis na região amazônica Brasil 85 % da eletricidade do Brasil Mundo 16 % da eletricidade do mundo

17 Potencial hidrelétrico no Brasil Potencial hidrelétrico = 260 GW Potencial utilizado (28,5%) = 74 GW Utilização nos EUA, Japão e UE:70% de aproveitamento limite superior

18 Usinas hidrelétricas Itaipu MW rio Paraná Tucuruí 8370 MW rio Tocantins Usinas hidrelétricas médias - inúmeras 100 MW < P < 2000 MW Pequenas hidrelétricas (PCH) P < 50 MW inúmeras Em construção Santo Antônio 3150 MW rio Madeira Jirau 3300 MW rio Madeira Belo Monte MW rio Xingu

19 Potencial eólico O potencial eólico é sazonal, pois varia ao longo do ano

20 Potencial eólico do Brasil

21 Potencial eólico do Brasil

22 Urânio energia nuclear O urânio é extraído, purificado e concentrado na forma de um sal de cor amarela, conhecido como yellowcake Mineração de urânio e beneficiamento produzindo U 3 O 8 Extração ocorre em Lagoa Real, Caetité, Bahia Produção atual é de 400 t/ano Reservas de U 3 O 8 somam 309 mil toneladas (5,9 % das reservas mundiais conhecidas)

23 Potencial energético do urânio O urânio natural tem 2 isótopos principais: 238 U 99,3 % na natureza 235 U 0,7 % na natureza A fissão do 235 U na reação com nêutrons (n) libera ~200 MeV de energia n U fissão 2 produtos de fissão + 2 a 3 n + radiação + energia

24 Mineração de urânio da Indústrias Nucleares do Brasil - INB

25 Reservas mundiais de urânio Unidade: 1000 t

26 Biomassa Do ponto de vista da geração de energia, o termo biomassa abrange os derivados de organismos vivos utilizados como combustíveis Deriva de produtos vegetais e animais: Resíduos florestais, da indústria da madeira e de culturas agrícolas Resíduos sólidos urbanos biogás Produtos recicláveis Cana de açúcar etanol (transporte) e Bagaço da cana (geração elétrica) Palmas, mamona, soja biodiesel

27 Características da biomassa A biomassa é um recurso natural renovável, enquanto que os combustíveis fósseis não se renovam a curto prazo. Processos de geração de energia: combustão, etanol, biodiesel, biogás e outros. Parte da energia contida na biomassa é empregada pelo ecossistema para sua própria manutenção. Tem baixo custo, é renovável e permite o reaproveitamento de resíduos. A queima de biomassa provoca a liberação de dióxido de carbono na atmosfera, mas este composto é previamente absorvido para a constituição das plantas. O balanço de emissões de CO 2 é nulo.

28 Produtos energéticos da biomassa Bio-óleo: líquido negro obtido por meio do processo de pirólise cujas destinações principais são aquecimento e geração de energia elétrica. Biogás: metano obtido juntamente com dióxido de carbono por meio da decomposição de materiais como resíduos, alimentos, esgoto e digestores de biomassa. Biomassa para líquidos: líquido obtido em duas etapas: 1) Processo de gaseificação. 2) Processo de Fischer-Tropsch. Pode ser empregado na composição de lubrificantes e combustíveis líquidos para utilização em motores do ciclo diesel.

29 Produtos energéticos da biomassa Etanol celulósico: etanol obtido alternativamente por dois processos. Em um deles a biomassa, formada basicamente por moléculas de celulose, é submetida ao processo de hidrólise enzimática, utilizando várias enzimas, como a celulase, celobiase e β-glicosidase. O outro processo é composto pela execução sucessiva das três seguintes fases: gaseificação, fermentação e destilação. Etanol "comum": feito no Brasil à base do sumo extraído da cana de açúcar (caldo de cana). Há países que empregam milho (caso dos Estados Unidos) e beterraba (da França) para a sua produção. O sistema à base de cana-de-açúcar empregado no Brasil é mais viável do que o utilizado pelo americano e francês.

30 Produtos energéticos da biomassa Biodiesel: ester produzido com óleos vegetais como do dendê, da mamona, do sorgo e da soja, etc. Óleo vegetal: pode ser usado em motores diesel. Lenha: forma mais antiga de utilização da biomassa. Carvão vegetal: sólido negro obtido pela carbonização pirogenal da lenha ou carbonização hidrotérmica. Turfa: material orgânico, semidecomposto encontrado em regiões pantanosas

31 Balanço de energia para o etanol para várias matéria- primas

32 Etanol no mundo

33 Fim